機械設計優(yōu)化并非簡單的參數(shù)調(diào)整，而是一套融合工程力學、材料科學與計算機技術的系統(tǒng)方法論。它以性能指標為核心，通過定量分析剔除設計冗余，在可靠性與經(jīng)濟性之間找到精準平衡點。​

參數(shù)優(yōu)化是優(yōu)化設計的基礎手段，其本質(zhì)是建立 “性能 - 參數(shù)” 數(shù)學模型。以齒輪傳動為例，需要將接觸強度、彎曲強度等約束條件轉(zhuǎn)化為方程，通過梯度下降法或遺傳算法求解模數(shù)、齒數(shù)的最優(yōu)組合。某風電齒輪箱設計中，僅通過調(diào)整齒寬系數(shù)與螺旋角兩個參數(shù)，就實現(xiàn)了傳動效率提升 2.3%、材料消耗減少 8% 的雙重收益。這種方法特別適合標準化零件，能在不改變結構形態(tài)的前提下挖掘性能潛力。​

結構優(yōu)化則更具創(chuàng)造性，可分為拓撲優(yōu)化、形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化三個層級。拓撲優(yōu)化如同 “數(shù)字雕塑”，在給定空間內(nèi)根據(jù)受力分布生成最合理的材料布局，汽車底盤的框架結構常采用此方法，經(jīng)拓撲優(yōu)化的懸架控制臂能在減重 40% 的同時，將疲勞壽命延長至原來的 1.8 倍。形狀優(yōu)化聚焦細節(jié)改進，比如將軸類零件的過渡圓角從常量改為變曲率，可使應力集中系數(shù)降低 30% 以上。尺寸優(yōu)化則針對壁厚、孔徑等特征參數(shù)進行微調(diào)，是實現(xiàn)精細化設計的關鍵。​

現(xiàn)代優(yōu)化技術已進入 “多目標協(xié)同” 時代。在高鐵轉(zhuǎn)向架設計中，需要同時滿足輕量化（降低能耗）、抗疲勞（保障安全）、低成本（控制制造費用）三大目標。工程師通過建立權重矩陣，將多目標問題轉(zhuǎn)化為單目標求解，再利用 NSGA-III 等智能算法生成 Pareto 最優(yōu)解集，最終從 2000 組方案中篩選出綜合性能的設計。​

值得注意的是，優(yōu)化過程需建立全生命周期思維。某款工業(yè)機械臂為追求極致輕量化采用碳纖維材料，雖降低了運動能耗，卻因材料成本過高導致整機售價翻倍，市場接受度反而下降。因此，真正的優(yōu)化設計應涵蓋制造可行性、維護便利性等隱性因素，在技術指標與商業(yè)價值間找到動態(tài)平衡。​